JP5882507B1 - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性を向上させることができる光電変換素子を提供すること。【解決手段】少なくとも1つの光電変換セルを備え、光電変換セルが、一対の基板と、一対の基板のうちの一方の基板に設けられる酸化物半導体層と、一対の基板の間に設けられる電解質と、一対の基板同士を接合する環状の封止部とを備え、一対の基板の少なくとも一方の基板が、封止部と接合される環状の接合部と、接合部の内側にあり、封止部と接合されていない非接合部とを有し、接合部が、互いに離間する複数本の第1線状部と、複数本の線状部のうち2本の第1線状部同士を連結させる第1連結部とを有し、基板をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部が、2本の線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち非接合部と反対側の角部を切り欠くことにより形成されている、光電変換素子。【選択図】図3A photoelectric conversion element capable of improving durability is provided. The photoelectric conversion cell includes at least one photoelectric conversion cell, the photoelectric conversion cell including a pair of substrates, an oxide semiconductor layer provided on one of the pair of substrates, and an electrolyte provided between the pair of substrates. And an annular sealing portion that joins the pair of substrates, and at least one of the pair of substrates is inside the joining portion, the annular joining portion joined to the sealing portion, and sealed A plurality of first linear portions that are separated from each other, and two first linear portions among the plurality of linear portions are connected to each other. A first connecting portion, and when the substrate is viewed in the thickness direction, the first connecting portion is formed by extending the two linear portions to cross each other and is non-joined. A photoelectric conversion element formed by cutting out a corner opposite to the portion. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、光電変換素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element.
色素増感太陽電池素子は、スイスのグレッツェルらによって開発されたものであり、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換素子である。 The dye-sensitized solar cell element is a next-generation photoelectric conversion element which has been developed by Gretzell et al. In Switzerland and has attracted attention because it has advantages such as high photoelectric conversion efficiency and low manufacturing cost.
このような色素増感太陽電池素子などの色素を用いた光電変換素子は一般に、少なくとも1つの光電変換セルを備えており、光電変換セルは、一対の基板と、一対の基板の間に設けられる酸化物半導体層と、一対の基板の間に設けられる電解質と、一対の基板同士を接合する環状の封止部とを備えている。 Such a photoelectric conversion element using a dye such as a dye-sensitized solar cell element generally includes at least one photoelectric conversion cell, and the photoelectric conversion cell is provided between a pair of substrates and a pair of substrates. An oxide semiconductor layer, an electrolyte provided between the pair of substrates, and an annular sealing portion that joins the pair of substrates are provided.
このような光電変換素子として、例えば下記特許文献1に示す色素増感太陽電池が知られている。この色素増感太陽電池においては、上記一対の基板のうちの一つである対極に使用する金属基板の厚さを5〜35μmとすることで、金属基板が可とう性を有することが可能となるため、セル空間内の圧力の変化により金属基板に応力が加えられても、その応力は対極と電解質との界面で吸収される。このため、対極と封止部との界面における応力が緩和され、その結果、対極に対する封止部の封止能の低下が抑制される。従って、下記特許文献1記載の色素増感太陽電池は、優れた耐久性を有することが可能となる。 As such a photoelectric conversion element, for example, a dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1 below is known. In this dye-sensitized solar cell, the thickness of the metal substrate used for the counter electrode, which is one of the pair of substrates, is 5 to 35 μm, so that the metal substrate can have flexibility. Therefore, even if a stress is applied to the metal substrate due to a change in pressure in the cell space, the stress is absorbed at the interface between the counter electrode and the electrolyte. For this reason, the stress in the interface of a counter electrode and a sealing part is relieved, As a result, the fall of the sealing capability of the sealing part with respect to a counter electrode is suppressed. Therefore, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 below can have excellent durability.
しかしながら、上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池は以下に示す課題を有していた。 However, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 has the following problems.
すなわち、上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池においては、耐久性の向上の点で未だ改善の余地を有していた。 That is, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 still has room for improvement in terms of durability.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上させることができる光電変換素子を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the photoelectric conversion element which can improve durability.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by the following invention.
すなわち本発明は、少なくとも1つの光電変換セルを備え、前記光電変換セルが、一対の基板と、前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられる酸化物半導体層と、前記一対の基板の間に設けられる電解質と、前記一対の基板同士を接合する環状の封止部とを備え、前記一対の基板の少なくとも一方の基板が、前記封止部と接合される環状の接合部と、前記接合部の内側にあり、前記封止部と接合されていない非接合部とを有し、前記接合部が、互いに離間する複数本の第1線状部と、前記複数本の線状部のうち2本の第1線状部同士を連結させる第1連結部とを有し、前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部が、前記2本の線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち前記非接合部と反対側の角部を前記基板の厚さ方向に沿って全て切り欠くことにより形成されている、光電変換素子である。 That is, the present invention includes at least one photoelectric conversion cell, and the photoelectric conversion cell is between a pair of substrates, an oxide semiconductor layer provided on one of the pair of substrates, and the pair of substrates. And an annular sealing portion that joins the pair of substrates, and at least one of the pair of substrates is joined to the sealing portion, and the joining A plurality of first linear portions and a plurality of linear portions that are separated from each other and have a non-joined portion that is inside the portion and is not joined to the sealing portion. A first connecting portion that connects the two first linear portions, and when the substrate is viewed in the thickness direction, the first connecting portion extends the two linear portions. the corner opposite the non-joining portion of the first cross-section made by intersecting with the thickness of the substrate It is formed by cutting out all along the direction, which is a photoelectric conversion element.
本発明の光電変換素子においては、周囲の環境温度の変化により、光電変換セルの内圧が変化することがある。そして、基板に応力が繰り返し加えられると、基板と封止部との界面に過大な応力が加わることがある。ここで、光電変換素子の光電変換セルにおいて、基板をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部が、2本の第1線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち非接合部と反対側の角部を切り欠かないで形成されていると、その第1交差部のうち非接合部と反対側の隅の部分に応力が集中し、その隅の部分が封止部から剥離しやすくなる。これに対し、本発明によれば、光電変換セルにおいて、基板をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部が、2本の第1線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち非接合部と反対側の角部を切り欠いて形成される。そのため、交差部のうち非接合部と反対側の角部を切り欠かなかった場合に比べて、第1連結部のうち非接合部と反対側の隅の部分に加わる応力を分散させることができる。そのため、基板の第1連結部が封止部から剥離しにくくなり、光電変換セルを備える光電変換素子の耐久性を向上させることができる。 In the photoelectric conversion element of the present invention, the internal pressure of the photoelectric conversion cell may change due to a change in ambient environmental temperature. When stress is repeatedly applied to the substrate, excessive stress may be applied to the interface between the substrate and the sealing portion. Here, in the photoelectric conversion cell of the photoelectric conversion element, when the substrate is viewed in the thickness direction, the first connecting portion is formed by extending the two first linear portions and intersecting each other. Is formed without cutting out the corner opposite to the non-joining portion, stress concentrates on the corner portion on the opposite side of the non-joining portion of the first intersecting portion, and the corner portion is It becomes easy to peel from the sealing part. On the other hand, according to the present invention, in the photoelectric conversion cell, when the substrate is viewed in the thickness direction, the first connecting portion extends the two first linear portions and intersects. It is formed by notching the corner on the opposite side to the non-joined portion in one intersection. Therefore, compared with the case where the corner on the opposite side to the non-joined portion in the intersecting portion is not cut out, the stress applied to the corner portion on the opposite side to the non-joined portion in the first connecting portion can be dispersed. . Therefore, the 1st connection part of a board | substrate becomes difficult to peel from a sealing part, and durability of a photoelectric conversion element provided with a photoelectric conversion cell can be improved.
上記光電変換素子においては、前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側の隅の部分の形状が円弧状であり、その隅の部分の曲率半径が0.05〜6mmであることが好ましい。 In the photoelectric conversion element, when the substrate is viewed in the thickness direction, the shape of the corner portion on the opposite side to the non-joining portion of the first connecting portion is arcuate, and the corner portion The curvature radius is preferably 0.05 to 6 mm.
隅の部分の曲率半径が上記範囲内にあると、隅の部分の曲率半径が0.05mm未満である場合に比べて、第1連結部にかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができるため、光電変換素子の耐久性をより向上させることができる。一方、隅の部分の曲率半径が上記範囲内にあると、隅の部分の曲率半径が6mmを超える場合に比べて、第1連結部にかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくできるとともに、耐久性を維持するために必要な封止部の幅をより十分に確保することができる。 When the radius of curvature of the corner portion is within the above range, the effect of relaxing the stress concentration applied to the first connecting portion can be increased as compared with the case where the radius of curvature of the corner portion is less than 0.05 mm. Therefore, the durability of the photoelectric conversion element can be further improved. On the other hand, when the radius of curvature of the corner portion is within the above range, the effect of relaxing the stress concentration applied to the first connecting portion can be further increased and durability compared to the case where the radius of curvature of the corner portion exceeds 6 mm. The width of the sealing portion necessary for maintaining the property can be more sufficiently ensured.
上記光電変換素子においては、前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側の隅の部分の形状が直線状であり、その隅の部分の長さが0.05〜4.0mmであることが好ましい。 In the photoelectric conversion element, when the substrate is viewed in the thickness direction, the shape of the corner portion on the opposite side to the non-joining portion of the first connecting portion is linear, and the corner portion The length is preferably 0.05 to 4.0 mm.
隅の部分の長さが上記範囲内にあると、隅の部分の長さが0.05mm未満である場合に比べて、第1連結部にかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができる。一方、隅の部分の長さが上記範囲内にあると、隅の部分の長さが4.0mmを超える場合に比べて、第1連結部にかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくできるとともに、耐久性を維持するために必要な封止部の幅をより十分に確保することができる。 When the length of the corner portion is within the above range, the effect of relaxing the stress concentration applied to the first connecting portion can be further increased as compared with the case where the length of the corner portion is less than 0.05 mm. it can. On the other hand, when the length of the corner portion is within the above range, the effect of relaxing the stress concentration applied to the first connecting portion can be increased as compared with the case where the length of the corner portion exceeds 4.0 mm. The width of the sealing portion necessary for maintaining durability can be more sufficiently secured.
上記光電変換素子においては、前記酸化物半導体層が、内側部分と、前記内側部分を包囲する環状の外側部分とを有し、前記外側部分が、互いに離間する複数本の第2線状部と、前記複数本の第2線状部のうち2本の第2線状部同士を連結させる第2連結部とを有し、前記酸化物半導体層をその厚さ方向に見た場合に、前記第2連結部が、前記2本の第2線状部を延長して交差させてなる第2交差部のうち前記内側部分と反対側の角部を切り欠くことにより形成されていることが好ましい。 In the photoelectric conversion element, the oxide semiconductor layer includes an inner portion and an annular outer portion surrounding the inner portion, and the outer portion includes a plurality of second linear portions separated from each other. A second connecting portion that connects two second linear portions of the plurality of second linear portions, and when the oxide semiconductor layer is viewed in the thickness direction, It is preferable that the second connecting portion is formed by cutting out a corner portion opposite to the inner portion of the second intersecting portion formed by extending and intersecting the two second linear portions. .
この場合、酸化物半導体層をその厚さ方向に見た場合に、第2連結部が、2本の第2線状部を延長して交差させてなる第2交差部のうち内側部分と反対側の角部を切り欠かないで形成されている場合に比べて、酸化物半導体層の第2連結部が、基板から剥離しにくくなり、光電変換セルを備える光電変換素子の耐久性を向上させることができる。 In this case, when the oxide semiconductor layer is viewed in the thickness direction, the second connecting portion is opposite to the inner portion of the second intersecting portion formed by extending and intersecting the two second linear portions. Compared to the case where the corner portion on the side is not cut out, the second connecting portion of the oxide semiconductor layer is less likely to peel from the substrate, and the durability of the photoelectric conversion element including the photoelectric conversion cell is improved. be able to.
上記光電変換素子においては、前記封止部及び前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記基板の前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側に前記封止部が突出していることが好ましい。 In the photoelectric conversion element, when the sealing portion and the substrate are viewed in the thickness direction, the sealing portion protrudes on the opposite side of the first connecting portion of the substrate from the non-joining portion. Preferably it is.
この場合、応力が集中しやすい第1連結部のうちの非接合部と反対側で封止部の封止幅を十分に確保できるため、光電変換素子の耐久性をより十分に向上させることができる。 In this case, since the sealing width of the sealing portion can be sufficiently secured on the side opposite to the non-joining portion of the first connecting portion where stress is likely to concentrate, the durability of the photoelectric conversion element can be further sufficiently improved. it can.
なお、本発明において、「隅の部分」とは、第1連結部と角部との境界線を言うものとする。 In the present invention, the “corner portion” refers to a boundary line between the first connecting portion and the corner portion.
また本発明において、酸化物半導体層の「外側部分」は、酸化物半導体層をその厚さ方向から見た場合に、酸化物半導体層の周縁部から1mmの位置における厚さを言うものとする。 In the present invention, the “outer portion” of the oxide semiconductor layer refers to the thickness at a position of 1 mm from the peripheral edge of the oxide semiconductor layer when the oxide semiconductor layer is viewed from the thickness direction. .
本発明によれば、耐久性を向上させることができる光電変換素子が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which can improve durability is provided.
以下、本発明の実施形態について図1〜図5を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の光電変換素子の一実施形態を示す平面図、図2は、図1のII−II線に沿った断面図、図3は、図1の部分拡大図、図4は、図1の光電変換素子を、封止部を通る平面で切断した断面図、図5は、図1の一対の基板のうちの一方の基板を示す部分断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 is a plan view showing one embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1 is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element of FIG. 1 cut along a plane passing through a sealing portion, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing one of the pair of substrates of FIG.
図1および図2に示すように、光電変換素子100は、1つの光電変換セル60で構成されており、光電変換セル60は、基板としての第1電極基板10と、第1電極基板10に対向する基板としての第2電極基板20と、第1電極基板10上に設けられる酸化物半導体層30と、第1電極基板10及び第2電極基板20の間に設けられる電解質50と、第1電極基板10及び第2電極基板20を接合する環状の封止部40とを備えている。電解質50は、第1電極基板10、第2電極基板20及び封止部40によって形成されるセル空間に充填されている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
第1電極基板10は、透明基板11および透明基板11の上に設けられる電極としての透明導電膜12で構成される透明導電性基板15からなる。ここで、透明導電膜12の周縁部は封止部40と透明基板11とによって挟まれている(図2参照)。また透明導電膜12の一部は、環状の封止部40の外側まで延在しており、この封止部40の外側まで延在している部分は、電力を取り出すための電力取出部として機能する(図1参照)。
The
第2電極基板20は、封止部40と接合される接合部20aと、接合部20aの内側にあり、封止部40と接合されていない非接合部20bとを備えている。ここで、接合部20aは、互いに離間する複数本の第1線状部23aと、複数本の第1線状部23aのうち2本の第1線状部23a同士を連結させる第1連結部23bとを有している。そして、第1連結部23bは、図3に示すように、第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部23bが、2本の第1線状部23aを延長して交差させてなる第1交差部24のうち非接合部20bと反対側の角部25を切り欠くことにより形成されている。また第2電極基板20は、図5に示すように、導電性基板21と、導電性基板21の透明導電性基板15側に設けられて電解質50の還元に寄与する触媒層22とを備えている。
The
酸化物半導体層30は、封止部40の内側に配置されている。封止部40と酸化物半導体層30とは互いに離間している。また酸化物半導体層30には色素が吸着されている。酸化物半導体層30は、内側部分31と、内側部分31を包囲する環状の外側部分32とを有する。図4に示すように、外側部分32は、互いに離間する複数本(図3では4本)の第2線状部32aと、複数本の第2線状部32aのうち2本の第2線状部32a同士を連結させる第2連結部32bとを有している。ここで、外側部分32の第2連結部32bは、酸化物半導体層30をその厚さ方向に見た場合に、2本の第2線状部32aを延長して交差させてなる第2交差部33で構成されている。
The
また光電変換素子100においては、封止部40及び第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第2電極基板20の第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側に封止部40が突出している(図1参照)。
Moreover, in the
光電変換素子100においては、周囲の環境温度の変化により、光電変換セル60の内圧が変化することがある。そして、第2電極基板20に応力が繰り返し加えられると、第2電極基板20と封止部40との界面に過大な応力が加わることがある。ここで、光電変換素子100の光電変換セル60において、第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部23bが、2本の第1線状部23aを延長して交差させてなる第1交差部24のうち非接合部20bと反対側の角部25を切り欠かないで形成されていると、その第1交差部24のうち非接合部20bと反対側の隅の部分24aに応力が集中し、その隅の部分24aが封止部40から剥離しやすくなる。これに対し、光電変換素子100によれば、光電変換セル60において、第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部23bが、2本の第1線状部23aを延長して交差させてなる第1交差部24のうち非接合部20bと反対側の角部25を切り欠いて形成される。そのため、第1交差部24のうち非接合部20bと反対側の角部25を切り欠かなかった場合に比べて、第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側の隅の部分26に加わる応力を分散させることができる。そのため、第2電極基板20の第1連結部23bが封止部40から剥離しにくくなり、光電変換セル60を備える光電変換素子100の耐久性を向上させることができる。
In the
また光電変換素子100においては、封止部40及び第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第2電極基板20の第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側に封止部40が突出している。このため、応力が集中しやすい第1連結部23bのうちの非接合部20bと反対側で封止部40の封止幅を十分に確保できるため、光電変換素子100の耐久性をより十分に向上させることができる。
Moreover, in the
次に、第1電極基板10、第2電極基板20、酸化物半導体層30、封止部40、電解質50及び色素について詳細に説明する。
Next, the
<第1電極基板>
第1電極基板10は、上述したように、透明導電性基板15で構成され、透明導電性基板15は、透明基板11と、透明基板11の上に設けられる透明導電膜12とで構成されている。
<First electrode substrate>
As described above, the
透明基板11を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、及び、ポリエーテルスルフォン(PES)などの絶縁材料が挙げられる。透明基板11の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜40000μmの範囲にすればよい。
The material which comprises the
透明導電膜12を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、及び、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜12は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜12が単層で構成される場合、透明導電膜12は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電膜12の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。
Examples of the material constituting the transparent
<第2電極基板>
第2電極基板20は、上述したように、基板と第2電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21のうち第1電極基板10側に設けられて電解質50の還元に寄与する導電性の触媒層22とを備えるものである。
<Second electrode substrate>
As described above, the
導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また、基板と第2電極を分けて、上述した絶縁性の透明基板11に第2電極としてITO、FTO等の導電性酸化物からなる透明導電膜を形成した積層体で構成されてもよい。ここで、導電性基板21が透明基板11に透明導電膜を形成した積層体で構成される場合、透明導電膜は、少なくとも第2電極基板20のうち封止部40より内側の部分では、透明基板11上に設けられることになる。ここで、透明導電膜は、接合部20aにおいては透明基板11と封止部40との間にあってもよいし、なくてもよい。また導電性基板21の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.005〜4mmとすればよい。
The
触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。なお、第2電極基板20は、導電性基板21が触媒機能を有する場合(例えばカーボンなどを含有する場合)には触媒層22を有していなくてもよい。
The
第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側の隅の部分26の形状は直線状であってもよいし、図3に示すように円弧状であってもよい。
The shape of the
第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側の隅の部分26の形状が円弧状である場合、その隅の部分26の曲率半径R1は特に制限されるものではないが、0.05〜6mmであることが好ましく、0.1〜5mmであることがより好ましい。R1が0.05〜6mmである場合、R1が0.05mm未満である場合に比べて、第1連結部23bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができるため、光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。またR1が0.05〜6mmである場合、R1が6mmを超える場合に比べて、第1連結部23bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくできるとともに、耐久性を維持するために必要な封止部40の幅をより十分に確保することができる。
When the
また第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側の隅の部分26の形状が直線状である場合、その長さL1は特に制限されるものではないが、0.05〜4.0mmであることが好ましく、0.1〜3.0mmであることがより好ましい。この場合、L1が0.05mm未満である場合に比べて、第1連結部23bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができるため、光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。またL1が0.05〜4.0mmである場合、L1が4.0mmを超える場合に比べて、第1連結部23bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくできるとともに、耐久性を維持するために必要な封止部40の幅をより十分に確保することができる。
Moreover, when the shape of the
<酸化物半導体層>
酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される。
<Oxide semiconductor layer>
The
酸化物半導体層30の内側部分31の厚さは通常は、2〜40μmであり、好ましくは10〜30μmである。
The thickness of the
<封止部>
封止部40としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。
<Sealing part>
Examples of the sealing
<電解質>
電解質50は、例えばヨウ化物イオン(ヨウ素イオン)/ポリヨウ化物イオンなどの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)のほか、臭化物イオン(臭素イオン)/ポリ臭化物イオン、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質50は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
<Electrolyte>
The
また、電解質50は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。
The
また電解質50には添加剤を加えることができる。添加剤としては、LiI、I2、4−t−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネート、1−メチルベンゾイミダゾール、1−ブチルベンゾイミダゾールなどが挙げられる。
An additive can be added to the
さらに電解質50としては、上記電解質にSiO2、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。
Furthermore, as the
なお、電解質50は、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)からなる酸化還元対を含み、ポリヨウ化物イオンの濃度が0.006mol/リットル以下であることが好ましい。この場合、電子を運ぶポリヨウ化物イオンの濃度が低いため、漏れ電流をより減少させることができる。このため、開放電圧をより増加させることができるため、光電変換特性をより向上させることができる。特に、ポリヨウ化物イオンの濃度は0.005mol/リットル以下であることが好ましく、0〜6×10−6mol/リットルであることがより好ましく、0〜6×10−8mol/リットルであることがさらに好ましい。この場合、光電変換素子100を導電性基板15の光入射側から見た場合に、電解質50の色を目立たなくすることができる。
The
<色素>
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)が用いられる。ここで、色素として光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子で構成されることになり、光電変換セル50は色素増感光電変換セルで構成されることになる。
<Dye>
Examples of the dye include a photosensitizing dye such as a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure, a terpyridine structure, or the like, an organic dye such as porphyrin, eosin, rhodamine, or merocyanine, or an organic-type such as a lead halide perovskite crystal. Examples include inorganic composite dyes. For example, CH 3 NH 3 PbX 3 (X = Cl, Br, I) is used as the lead halide perovskite. Here, when a photosensitizing dye is used as the dye, the
上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体からなる光増感色素が好ましい。この場合、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。
Among the above dyes, a photosensitizing dye composed of a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure or a terpyridine structure is preferable. In this case, the photoelectric conversion characteristics of the
次に、上述した光電変換素子100の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the above-described
まず1つの透明基板11の上に、透明導電膜12を形成してなる透明導電性基板15で構成される第1電極基板10を用意する。
First, a
透明導電膜12の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、スプレー熱分解法及びCVD法などが用いられる。
As a method for forming the transparent
次に、透明導電膜12の上に、酸化物半導体層30を形成する。酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子を含む酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成する。このとき、酸化物半導体層30をその厚さ方向に見た場合に、外側部分32の第2連結部32bが、2本の第2線状部32aを延長して交差させてなる第2交差部33で構成されるようにする。
Next, the
酸化物半導体層形成用ペーストは、上述した酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。 The oxide semiconductor layer forming paste includes a resin such as polyethylene glycol and a solvent such as terpineol in addition to the oxide semiconductor particles described above.
酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、又は、バーコート法などを用いることができる。 As a method for printing the oxide semiconductor layer forming paste, for example, a screen printing method, a doctor blade method, a bar coating method, or the like can be used.
焼成温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は350〜600℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は1〜5時間である。 The firing temperature varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, but is usually 350 to 600 ° C., and the firing time also varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, but is usually 1 to 5 hours.
こうして作用極が得られる。 In this way, a working electrode is obtained.
次に、作用極の酸化物半導体層30の表面に色素を吸着させる。このためには、作用極を、色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を酸化物半導体層30に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、色素を酸化物半導体層30に吸着させればよい。但し、色素を含有する溶液を酸化物半導体層30に塗布した後、乾燥させることによって色素を酸化物半導体層30に吸着させてもよい。
Next, the dye is adsorbed on the surface of the
次に、電解質50を準備する。
Next, the
次に、酸化物半導体層30の上に電解質50を配置する。電解質50は、例えばスクリーン印刷等の印刷法によって配置することが可能である。
Next, the
次に、環状の封止部形成体を準備する。封止部形成体は、例えば封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに1つの四角形状の開口を形成することによって得ることができる。 Next, an annular sealing portion forming body is prepared. The sealing part forming body can be obtained, for example, by preparing a sealing resin film and forming one rectangular opening in the sealing resin film.
そして、この封止部形成体を、第1電極基板10の上に接着させる。このとき、封止部形成体の第1電極基板10への接着は、例えば封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。
Then, the sealing portion forming body is bonded onto the
次に、第2電極基板20を形成するための第2電極基板形成体を用意する。そして、この第2電極基板形成体において封止部40と接合する接合部20aの第1線状部23aを交差させてなる第1交差部を特定する。そして、特定した第1交差部に対し非接合部20bと反対側の角部を切り欠いて第1連結部23bを形成する。こうして第2電極基板20が得られる。ここで、第1連結部23bは、例えばレーザ加工法やワイヤー加工法を用いて形成することができる。レーザ加工法を用いて第1連結部23bを形成する場合には、レーザ光源としては、例えば、パルスレーザ光源が用いられる。
Next, a second electrode substrate forming body for forming the
上記レーザ光の波長は、1000nm以上であればよく、好ましくは1000〜20
00nmであり、より好ましくは1000〜1200nmである。
The wavelength of the laser beam may be 1000 nm or more, preferably 1000-20.
It is 00 nm, More preferably, it is 1000-1200 nm.
上記レーザ光のパルス幅は、特に限定されるものではないが、通常は150ns以下
であり、好ましくは100ns以下である。但し、レーザ光のパルス幅は、5ns以上であることが好ましい。
The pulse width of the laser light is not particularly limited, but is usually 150 ns or less, preferably 100 ns or less. However, the pulse width of the laser light is preferably 5 ns or more.
上記レーザ光の単位走査距離当たりの照射エネルギーは、0.01〜0.3J/mmとすることが好ましく、0.06〜0.09J/mmとすることがより好ましい。 The irradiation energy per unit scanning distance of the laser light is preferably 0.01 to 0.3 J / mm, and more preferably 0.06 to 0.09 J / mm.
1箇所あたりの切断回数は、1回であっても複数回であってもよいが、1回であること
が生産効率の点から好ましい。
The number of times of cutting per location may be one time or a plurality of times, but one time is preferable from the viewpoint of production efficiency.
次にこの第2電極基板20を、封止部形成体の開口を塞ぐように配置した後、封止部形成体と貼り合わせる。このとき、封止部40及び第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第2電極基板20の第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側に封止部40が突出することとなる。またこのとき、第2電極基板20にも予め封止部形成体を接着させておき、この封止部形成体を第1電極基板10側の封止部形成体と貼り合せてもよい。第2電極基板20の封止部形成体への貼合せは、例えば減圧下で行う。以上のようにして1つの光電変換セル60で構成される光電変換素子100が得られる。
Next, after arrange | positioning this
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、透明導電性基板15の透明導電膜12上に酸化物半導体層30が設けられ、こちら側から受光する構造となっているが、酸化物半導体層30が形成される基材に不透明な材料(例えば金属基板)を用い、第2電極基板20を形成する基材に透明な材料を用いて第2電極基板20側から受光する構造をとっても構わず、さらに、両面から受光する構造としても構わない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
また上記実施形態では、酸化物半導体層30をその厚さ方向に見た場合に、外側部分32の第2連結部32bが、2本の第2線状部32aを延長して交差させてなる第2交差部33で構成されているが、第2連結部32bは、図6に示すように、2本の第2線状部32aを延長して交差させてなる四角形状の第2交差部33のうち内側部分31と反対側の角部34を切り欠くことにより形成されていてもよい。この場合、酸化物半導体層30をその厚さ方向に見た場合に、第2連結部32bが、2本の第2線状部32aを延長して交差させてなる第2交差部33のうち内側部分31と反対側の角部34を切り欠かないで形成されている場合に比べて、酸化物半導体層30の第2連結部32bが、第1電極基板10から剥離しにくくなり、光電変換セル60を備える光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。
Moreover, in the said embodiment, when the
ここで、第2連結部32bのうち内側部分31と反対側の隅の部分の形状は図6に示すように円弧状であってもよいし、直線状であってもよい。ここで、「隅の部分」とは、第2連結部32bと角部34との境界線を言うものとする。
Here, the shape of the corner portion on the opposite side to the
第2連結部32bのうち内側部分31と反対側の隅の部分の形状が円弧状である場合、その曲率半径R2は特に制限されるものではないが、0.1〜5mmであることが好ましく、0.5〜3mmであることがより好ましい。R2が0.1〜5mmである場合、R2が0.1mm未満である場合に比べて、第2連結部32bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができるため、光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。またR2が0.1〜5mmである場合、Rが5mmを超える場合に比べて、発電面積をより増加させることができ、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。
When the shape of the corner portion on the opposite side to the
第2連結部32bのうち内側部分31と反対側の隅の部分の形状が直線状である場合、その長さL2は特に制限されるものではないが、0.14〜4.2mmであることが好ましく、0.3〜3.0mmであることがより好ましい。この場合、L2が0.14mm未満である場合に比べて、第2連結部32bにかかる応力集中を緩和させる効果をより大きくすることができるため、光電変換素子100の耐久性をより向上させることができる。またL2が0.14〜4.2mmである場合、L2が4.2mmを超える場合に比べて、発電面積をより増加させることができ、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。
When the shape of the corner portion on the side opposite to the
また上記実施形態では、透明導電膜12の周縁部は封止部40と透明基板11とによって挟まれているが、透明導電膜12の周縁部は、上記電力取出部を除き、封止部40と透明基板11とによって挟まれていなくてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the peripheral part of the transparent
また上記実施形態では、封止部40及び第2電極基板20をその厚さ方向に見た場合に、第2電極基板20の第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側に封止部40が突出しているが、第2電極基板20の第1連結部23bのうち非接合部20bと反対側に封止部40が突出していなくてもよい。
Moreover, in the said embodiment, when the sealing
また上記実施形態では、光電変換素子100が1つの光電変換セル60で構成されているが、光電変換素子は、光電変換セル60を複数備えていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また上記実施形態では、第2電極基板20のみが第1連結部23bを有しているが、第1電極基板10のみが第1連結部23bを有していてもよいし、第1電極基板10及び第2電極基板20の両方が第1連結部23bを有していてもよい。
In the above embodiment, only the
さらに上記実施形態では、第1電極基板10と第2電極基板20とが封止部40によって接合されているが、第1電極基板10と第2電極基板20との間に、電解質50を含浸した多孔性の絶縁層が設けられている場合には、第1電極基板10と第2電極基板20とは封止部40によって接合されていなくてもよい。但し、この場合は、第2電極基板20に対し第1電極基板10と反対側に基板としての基材を設け、この基材と第1電極基板10とを封止部で接合させることが必要となる。
Furthermore, in the said embodiment, although the
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
まずガラスからなる厚さ1mmの透明基板の上に、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成してなる透明導電性基板を第1電極基板として準備した。
Example 1
First, a transparent conductive substrate formed by forming a transparent conductive film made of FTO having a thickness of 1 μm on a transparent substrate made of glass and having a thickness of 1 mm was prepared as a first electrode substrate.
次に、第1電極基板の透明導電膜上に、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストを、2cm×4cmの長方形のスクリーンを有する印刷版を使用してスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成した。このとき、酸化物半導体層の第2連結部のうち内側部分とは反対側の隅の形状については点となるようにした。こうして2cm×4cmの寸法を有する酸化物半導体層を有する作用極を得た。 Next, the oxide semiconductor layer forming paste containing titania is screen-printed on the transparent conductive film of the first electrode substrate using a printing plate having a rectangular screen of 2 cm × 4 cm, and then 1 at 500 ° C. Baked for hours. At this time, the shape of the corner on the side opposite to the inner portion of the second connecting portion of the oxide semiconductor layer is a dot. Thus, a working electrode having an oxide semiconductor layer having a size of 2 cm × 4 cm was obtained.
次に、作用極を、光増感色素溶液中に一昼夜浸漬させた後、取り出して乾燥させ、酸化物半導体層に光増感色素を吸着させた。光増感色素溶液は、アセトニトリルとt−ブタノールとを体積比1:1で混合した混合溶媒中に、Z907からなる光増感色素をその濃度が0.2mMとなるように溶解させることで作製した。 Next, the working electrode was immersed in the photosensitizing dye solution for a whole day and night, then taken out and dried, and the photosensitizing dye was adsorbed on the oxide semiconductor layer. A photosensitizing dye solution is prepared by dissolving a photosensitizing dye composed of Z907 in a mixed solvent in which acetonitrile and t-butanol are mixed at a volume ratio of 1: 1 so that the concentration is 0.2 mM. did.
次に、酸化物半導体層の上に電解質を塗布した。電解質としては、ヨウ素0.002M、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド(DMPImI)0.6Mを含む3−メトキシプロピオニトリル(MPN)溶液を用意した。 Next, an electrolyte was applied over the oxide semiconductor layer. As an electrolyte, a 3-methoxypropionitrile (MPN) solution containing 0.002M iodine and 0.6M 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide (DMPImI) was prepared.
次に、封止部を形成するための封止部形成体を準備した。封止部形成体は、5.0mm×7.0mm×100μmのバイネル14164(商品名、デュポン社製)からなる1枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、開口は、2.4mm×4.4mm×100μmの大きさとなるようにした。 Next, the sealing part formation body for forming a sealing part was prepared. As the sealing part forming body, one sealing resin film made of 5.0 mm × 7.0 mm × 100 μm binel 14164 (trade name, manufactured by DuPont) is prepared, and the sealing resin film has a square shape. Obtained by forming shaped openings. At this time, the opening was made to have a size of 2.4 mm × 4.4 mm × 100 μm.
そして、この封止部形成体を作用極の上に載せた後、封止部形成体を加熱溶融させることによって作用極に接着させた。 And after mounting this sealing part formation body on a working electrode, the sealing part formation body was adhere | attached on the working electrode by heat-melting.
次に、第2電極基板を形成するための第2電極基板形成体を用意した。第2電極基板形成体は、5.0mm×7.0mm×0.05mmのチタン箔の上にスパッタリング法によって厚さ10nmの白金からなる触媒層を形成することによって用意した。そして、第2電極基板形成体において封止部と接合する接合部の第1線状部を交差させてなる第1交差部を特定し、特定した第1交差部に対し非接合部と反対側の角部を切り欠いて第1連結部を形成した。第1連結部はレーザ加工により、非接合部と反対側の隅の部分の形状が曲率半径R1=0.5mmの円弧状となるように形成した。このとき、レーザ加工に用いたレーザ光源、レーザ光のパルス幅及び単位走査距離当たりの照射エネルギーはそれぞれ下記の通りとした。
(1)レーザ光源
Yb:ファイバーレーザー(発振波長:1090nm、製品名:MD−F3000、(株)
キーエンス製)
(2)レーザ光のパルス幅
50ns
(3)レーザ光の単位走査距離当たりの照射エネルギー
0.06J/mm
こうして第2電極基板としての対極を得た。
Next, a second electrode substrate forming body for forming a second electrode substrate was prepared. The second electrode substrate forming body was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 10 nm on a 5.0 mm × 7.0 mm × 0.05 mm titanium foil by a sputtering method. And the 1st crossing part which crosses the 1st linear part of the joined part joined to the sealing part in the 2nd electrode substrate formation object is specified, and a non-junction part and the opposite side to the specified 1st crossing part The 1st connection part was formed by notching the corner | angular part. The first connecting portion was formed by laser processing so that the shape of the corner portion on the opposite side to the non-joined portion was an arc shape with a radius of curvature R1 = 0.5 mm. At this time, the laser light source used for laser processing, the pulse width of the laser light, and the irradiation energy per unit scanning distance were as follows.
(1) Laser light source Yb: fiber laser (oscillation wavelength: 1090 nm, product name: MD-F3000, Inc.)
KEYENCE made)
(2)
(3) Irradiation energy per unit scanning distance of laser light 0.06 J / mm
Thus, a counter electrode as a second electrode substrate was obtained.
一方、上記封止部形成体をもう1つ準備し、この封止部形成体を、対極のうち作用極と対向する面に、上記と同様にして接着させた。 On the other hand, another sealing part forming body was prepared, and this sealing part forming body was adhered to the surface of the counter electrode facing the working electrode in the same manner as described above.
そして、作用極に接着させた封止部形成体と、対極に接着させた封止部形成体とを対向させ、封止部形成体同士を重ね合わせた。そして、減圧下で、封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させた。具体的には、封止部形成体の加熱溶融を行った空間の圧力は650Paとした。こうして作用極と対極との間に封止部を形成した。このとき、封止部は、封止部及び対極をその厚さ方向に見た場合に、第1連結部のうち非接合部と反対側に突出していた。 And the sealing part formation body adhere | attached on the working electrode and the sealing part formation body adhere | attached on the counter electrode were made to oppose, and the sealing part formation bodies were piled up. And under pressure_reduction | reduced_pressure, the sealing part formation body was heat-melted, pressing. Specifically, the pressure of the space where the sealing portion forming body was heated and melted was 650 Pa. Thus, a sealing portion was formed between the working electrode and the counter electrode. At this time, the sealing part protruded on the opposite side to the non-joining part among the first connecting parts when the sealing part and the counter electrode were viewed in the thickness direction.
以上のようにして1つの光電変換セルからなる光電変換素子を得た。 A photoelectric conversion element composed of one photoelectric conversion cell was obtained as described above.
(実施例2)
第1連結部をレーザ加工により、非接合部と反対側の隅の部分の形状が長さL1=1.0mmの直線状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Example 2)
Photoelectric conversion is performed in the same manner as in Example 1 except that the first connecting portion is formed by laser processing so that the shape of the corner portion on the side opposite to the non-joined portion is a straight line having a length L1 = 1.0 mm. An element was obtained.
(実施例3)
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が、曲率半径R2=0.5mmの円弧状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が、曲率半径R2=0.5mmの円弧状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
(Example 3)
After the oxide semiconductor layer is screen-printed with a paste for forming an oxide semiconductor layer containing titania and then baked at 500 ° C. for 1 hour, the shape of the corner portion on the opposite side to the inner portion of the second connection portion is formed. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was formed to have an arc shape with a radius of curvature R2 = 0.5 mm. The screen printing is a printing having a screen in which the shape of a corner portion of a rectangle of 2 cm × 4 cm (a portion corresponding to the corner portion of the second connecting portion) is an arc shape having a curvature radius R2 = 0.5 mm. Made using the plate.
(実施例4)
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が長さL2=0.71mmの直線状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が長さL2=0.71mmの直線状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
Example 4
After the oxide semiconductor layer is screen-printed with a paste for forming an oxide semiconductor layer containing titania and then baked at 500 ° C. for 1 hour, the shape of the corner portion on the opposite side to the inner portion of the second connection portion is formed. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the length L2 was 0.71 mm. Note that the screen printing is a printing plate having a screen in which the shape of a rectangular corner portion (a portion corresponding to the corner portion of the second connecting portion) of 2 cm × 4 cm is a straight line having a length L2 = 0.71 mm. Made using.
(実施例5〜8)
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が、表1に示す曲率半径R1を有する円弧状となるように形成したこと以外は実施例3と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が、表1に示す曲率半径R1を有する円弧状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
(Examples 5 to 8)
After the oxide semiconductor layer is screen-printed with a paste for forming an oxide semiconductor layer containing titania and then baked at 500 ° C. for 1 hour, the shape of the corner portion on the opposite side to the inner portion of the second connection portion is formed. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 3 except that it was formed in an arc shape having a curvature radius R1 shown in Table 1. Note that the screen printing has a screen in which the shape of the corner portion of the rectangle of 2 cm × 4 cm (the portion corresponding to the corner portion of the second connecting portion) is an arc having the curvature radius R1 shown in Table 1. Performed using a printing plate.
(実施例9〜12)
第1連結部をレーザ加工により、非接合部と反対側の隅の部分の形状が、表1に示す長さL1を有する直線状となるように形成したこと以外は実施例3と同様にして光電変換素子を得た。
(Examples 9 to 12)
Except that the first connecting portion is formed by laser processing so that the shape of the corner on the side opposite to the non-joined portion is a straight line having the length L1 shown in Table 1, the same as in Example 3. A photoelectric conversion element was obtained.
(比較例1)
第2電極基板形成体に対してレーザ加工を行わず、第2電極基板形成体をそのまま第2電極基板として用い、第1連結部のうち非接合部と反対側の隅の部分の形状を点としたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
(Comparative Example 1)
Laser processing is not performed on the second electrode substrate forming body, the second electrode substrate forming body is used as it is as the second electrode substrate, and the shape of the corner portion of the first connecting portion on the side opposite to the non-joined portion is pointed out. A photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 1 except that.
<耐久性の評価>
実施例1〜12および比較例1で得られた光電変換素子について光電変換効率η0を測定した。次に、光電変換素子について、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験では、光電変換素子の周囲の温度を−40℃から90℃に上昇させた後、90℃で10分間保持し、その後、90℃から−40℃の温度に下降させ、−40℃で10分間保持するというサイクルを1サイクルとし、これを200サイクル行った。このとき、昇温速度及び降温速度はいずれも10℃/分とした。そして、熱サイクル試験後、再度光電変換素子について光電変換効率η1を測定した。そして、下記式に基づき光電変換効率の低下率を算出した。
光電変換効率の低下率=100×(η0−η1)/η0
結果を表1に示す。なお、表1において、光電変換効率の低下率が5%以下である場合には、「◎」、5〜10%以下である場合には耐久性を十分に向上させたとして「○」と表示し、光電変換効率の低下率が10%を超える場合には耐久性を十分に向上させていないとして、「×」と表示した。
<Durability evaluation>
The photoelectric conversion efficiency η0 was measured for the photoelectric conversion elements obtained in Examples 1 to 12 and Comparative Example 1. Next, the thermal cycle test was done about the photoelectric conversion element. In the thermal cycle test, the temperature around the photoelectric conversion element was raised from −40 ° C. to 90 ° C., held at 90 ° C. for 10 minutes, and then lowered from 90 ° C. to −40 ° C. 1 cycle was held for 10 minutes, and 200 cycles were performed. At this time, the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease were both 10 ° C./min. And the photoelectric conversion efficiency (eta) 1 was measured again about the photoelectric conversion element after the heat cycle test. And the decreasing rate of the photoelectric conversion efficiency was computed based on the following formula.
Reduction rate of photoelectric conversion efficiency = 100 × (η0−η1) / η0
The results are shown in Table 1. In Table 1, when the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency is 5% or less, “◎” is displayed, and when it is 5 to 10% or less, “○” is indicated as having sufficiently improved durability. However, when the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency exceeds 10%, “x” is displayed because the durability is not sufficiently improved.
表1に示す結果より、実施例1〜12の光電変換素子は、比較例1の光電変換素子よりも耐久性を向上させることができることが分かった。 From the results shown in Table 1, it was found that the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 12 can improve the durability compared to the photoelectric conversion element of Comparative Example 1.
以上より、本発明の光電変換素子によれば、耐久性を向上させることができることが確認された。 As mentioned above, according to the photoelectric conversion element of this invention, it was confirmed that durability can be improved.
10…第1電極基板(基板)
20…第2電極基板(基板)
20a…接合部
20b…非接合部
23a…第1線状部
23b…第1連結部
24…第1交差部
25…角部
26…第1連結部のうち非接合部と反対側の隅の部分
30…酸化物半導体層
31…内側部分
32…外側部分
32a…第2線状部
32b…第2連結部
33…第2交差部
34…角部
40…封止部
50…電解質
60…光電変換セル
100…光電変換素子
10: First electrode substrate (substrate)
20 ... Second electrode substrate (substrate)
20a ...
Claims (5)
前記光電変換セルが、
一対の基板と、
前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられる酸化物半導体層と、
前記一対の基板の間に設けられる電解質と、
前記一対の基板同士を接合する環状の封止部とを備え、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板が、前記封止部と接合される環状の接合部と、前記接合部の内側にあり、前記封止部と接合されていない非接合部とを有し、
前記接合部が、
互いに離間する複数本の第1線状部と、
前記複数本の第1線状部のうち2本の第1線状部同士を連結させる第1連結部とを有し、
前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部が、前記2本の第1線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち前記非接合部と反対側の角部を前記基板の厚さ方向に沿って全て切り欠くことにより形成されている、光電変換素子。 Comprising at least one photoelectric conversion cell;
The photoelectric conversion cell is
A pair of substrates;
An oxide semiconductor layer provided on one of the pair of substrates;
An electrolyte provided between the pair of substrates;
An annular sealing portion that joins the pair of substrates,
At least one substrate of the pair of substrates has an annular bonding portion bonded to the sealing portion, and a non-bonding portion that is inside the bonding portion and is not bonded to the sealing portion,
The joint is
A plurality of first linear portions spaced apart from each other;
A first connecting portion that connects two first linear portions of the plurality of first linear portions;
When the substrate is viewed in the thickness direction, the first connecting portion is on the opposite side to the non-joining portion of the first intersecting portion formed by extending the two first linear portions and intersecting each other. A photoelectric conversion element formed by cutting out all corners of the substrate along the thickness direction of the substrate .
前記外側部分が、
互いに離間する複数本の第2線状部と、
前記複数本の第2線状部のうち2本の第2線状部同士を連結させる第2連結部とを有し、
前記酸化物半導体層をその厚さ方向に見た場合に、前記第2連結部が、前記2本の第2線状部を延長して交差させてなる第2交差部のうち前記内側部分と反対側の角部を切り欠くことにより形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換素子。 The oxide semiconductor layer has an inner portion and an annular outer portion surrounding the inner portion;
The outer portion is
A plurality of second linear portions spaced apart from each other;
A second connecting part that connects two second linear parts among the plurality of second linear parts;
When the oxide semiconductor layer is viewed in the thickness direction, the second connecting portion extends from the two second linear portions and intersects the inner portion of the second intersecting portions. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is formed by cutting out the opposite corner.
The said sealing part protrudes on the opposite side to the said non-joining part among the said 1st connection parts of the said board | substrate when the said sealing part and the said board | substrate are seen in the thickness direction. The photoelectric conversion element as described in any one of these.
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